[發明專利]一種含陰極輔助的快恢復二極管材料片結構及其制造方法

在審

• 申請號: 201610314304.4
• 申請日: 2016-05-13
• 公開（公告）號: CN105762174A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 王國峰
• 申請（專利權）人: 上海芯石微電子有限公司
• 主分類號: H01L29/02
• 分類號: H01L29/02;H01L29/868
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于二極管材料片制備的技術領域，特別是涉及一種含陰極輔助的快恢復二極管材料片結構及其制造方法。

背景技術

在電子電路中，二極管是最常用的基礎電子元器件之一；在電力電子電路中，二極管更與開關器件形影相隨，不可缺少；很多情況下，電力電子電路中的二極管數量多于開關器件，在電路中起著舉足輕重的作用，尤其以與開關器件匹配使用的大功率二極管要求最為特殊,但對電路中使用的大功率開關二極管提出了更高的要求，反向恢復時間越快越好，反向恢復時間由襯底濃度決定，襯底摻雜濃度梯度的存在使得注入到兩極區的載流子數量增加，梯度越小，載流子的數量越多，注入到兩極區的載流子在反向恢復過程中也需要被抽取或被復合，注入載流子越多，意味著需要的反向恢復時間越長，因此，希望兩極區的摻雜結深越淺越好，摻雜濃度越高越好。

快恢復二極管一般采用三擴片和外延片作為襯底，普通快恢復二極管襯底采用三擴片，該材料片的陰極通常由磷的深擴散形成，以充當緩沖層，這種設計導致N+的過渡區長，導通壓降會增加，復合時間長，進而反向恢復時間長；高效快恢復二極管襯底采用外延片，襯底摻雜濃度非常高，與外延層接觸附近的濃度梯度非常陡，因此產品的反向恢復時間要比普通快恢復二極管短很多，壓降也要小很多，復合時間短，進而反向恢復時間短，但是外延片采用昂貴的設備制造，因此外延片成本高。

針對上述問題，本發明提供了一種含陰極輔助的快恢復二極管材料片結構及其制造方法，具有N+/N結構，設計出輔助二極管（發射效率自調節二極管），輔助二極管的結構特點是將二極管的陰極面設計成高濃度與低濃度區鑲嵌的結構，如圖1所示，2區為高濃度區，1區為低濃度區，我們將低濃度1區稱為輔助二極管，2區與1區濃度相差2-3個數量級，當正向導通時，輔助二極管1區內的注入載流子濃度要低于主二極管2區，輔助二極管的存在起到了減少反向恢復電荷和反向恢復時間、抑制反向恢復峰值電流的作用，而二極管處于反向偏壓時，主二極管2區的載流子迅速被抽走，而輔助二極管1區內存有較少的載流子通過復合消失，產生軟恢復特性，采用此材料片加工的快恢復二極管可將反向恢復時間trr降低，并且襯底材料片成本低，粘附一片單晶片（B），硅片的總厚度在30-100um，二極管加工過程中不易碎片。

發明內容

在電子電路中，二極管是最常用的基礎電子元器件之一；在電力電子電路中，二極管更與開關器件形影相隨，不可缺少；很多情況下，電力電子電路中的二極管數量多于開關器件，在電路中起著舉足輕重的作用，尤其以與開關器件匹配使用的大功率二極管要求最為特殊,但對電路中使用的大功率開關二極管提出了更高的要求，反向恢復時間越快越好，反向恢復時間由襯底濃度決定，襯底摻雜濃度梯度的存在使得注入到兩極區的載流子數量增加，梯度越小，載流子的數量越多，注入到兩極區的載流子在反向恢復過程中也需要被抽取或被復合，注入載流子越多，意味著需要的反向恢復時間越長，因此，希望兩極區的摻雜結深越淺越好，摻雜濃度越高越好。

快恢復二極管一般采用三擴片和外延片作為襯底，普通快恢復二極管襯底采用三擴片，該材料片的陰極通常由磷的深擴散形成，以充當緩沖層，這種設計導致N+的過渡區長，導通壓降會增加，復合時間長，進而反向恢復時間長；高效快恢復二極管襯底采用外延片，襯底摻雜濃度非常高，與外延層接觸附近的濃度梯度非常陡，因此產品的反向恢復時間要比普通快恢復二極管短很多，壓降也要小很多，復合時間短，進而反向恢復時間短，但是外延片采用昂貴的設備制造，因此外延片成本高。

針對上述問題，本發明提供了一種含陰極輔助的快恢復二極管材料片結構及其制造方法，具有N+/N結構，設計出輔助二極管（發射效率自調節二極管），輔助二極管的結構特點是將二極管的陰極面設計成高濃度與低濃度區鑲嵌的結構，如圖1所示，2區為高濃度區，1區為低濃度區，我們將低濃度1區稱為輔助二極管，2區與1區濃度相差2-3個數量級，當正向導通時，輔助二極管1區內的注入載流子濃度要低于主二極管2區，輔助二極管的存在起到了減少反向恢復電荷和反向恢復時間、抑制反向恢復峰值電流的作用，而二極管處于反向偏壓時，主二極管2區的載流子迅速被抽走，而輔助二極管1區內存有較少的載流子通過復合消失，產生軟恢復特性，采用此材料片加工的快恢復二極管可將反向恢復時間trr降低，并且襯底材料片成本低，粘附一片單晶片（B），硅片的總厚度在30-100um，二極管加工過程中不易碎片。

附圖說明

圖1本發明的材料片陰極輔助部分結構示意圖；

圖2本發明的材料片結構示意圖。